(57)【要約】【課題】従来の円筒型のアルカリ電池おいて、防爆機構が作動する際の発生ガスを散逸させる経路の確保が難しく、信頼性に欠けるという問題を解決するものである。【解決手段】本発明は、正極缶１１の内部に正極成形体１２、セパレータ１３及びゲル状負極１４を収容し、このゲル状負極に負極集電棒１５を挿入し、前記負極集電棒１５の端部に取り付けられた金属封口板１８と電気絶縁性ガスケット１６によって正極缶開口部を封止し、電池外周面を熱収縮性外装材２０で被包されてなる筒型アルカリ電池において、金属封口板１８と前記電気絶縁性ガスケット１６との間にできる隙間に絶縁リング１９を配置し、この絶縁リング１９の鍔部が前記正極缶１１のカール部と前記熱収縮性外装材２０に挟まれ、前記金属封口板１８の一部にガス抜き孔が設けられていることを特徴とする。【選択図】  図１
2005019118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒状の正極缶の内部に正極作用物質、セパレータ及び負極作用物質が収容され、前記正極缶の開口部から負極集電棒が挿入され、前記正極缶の開口部から挿入された前記負極集電棒を電気絶縁性ガスケットと金属封口板を組み合わせて封止される素電池の、外周面を熱収縮性外装材で被包されてなる筒型アルカリ電池において、前記金属封口板と前記電気絶縁性ガスケットとの間にできる隙間に絶縁リングが設置され、この絶縁リングの鍔部が前記正極缶のカール部と前記熱収縮性外装材に挟まれ、前記金属封口板に一部にガス抜き孔が設けられていることを特徴とする筒型アルカリ電池。
【請求項２】
前記金属封口板に設けられるガス抜き孔は、少なくとも１個以上であって、前記絶縁リングに封止されない位置であることを特徴とする請求項１記載の筒型アルカリ電池。
【請求項３】
前記金属封口板の端子外周立ち上がり側面と前記絶縁リングの内周側面との間に隙間を設け、前記金属封口板の端子外周立ち上がり側面に少なくとも１箇所以上設置したガス抜き孔から外部にガスが抜ける経路を備えてなることを特徴とする請求項１記載の筒型アルカリ電池。
【請求項４】
前記絶縁リングが、円筒状部と、その一端から該円筒状部の軸に垂直な方向に広がる鍔部を有する部材の内面に突起部を形成したものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の筒型アルカリ電池。
【請求項５】
前記突起部が、前記絶縁リングの内面に３個形成されていることを特徴とする請求項４記載の筒型アルカリ電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外周面をシュリンクラベルまたはシュリンクチューブなどの熱収縮性外装材で外装した筒型アルカリ電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円筒状アルカリ電池は、正極缶の内部に正極作用物質、セパレータ及び負極作用物質が収容され、正極缶の開口部から負極集電棒が挿入され、正極缶の開口部から挿入された負極集電棒を電気絶縁性ガスケットと金属封口板を組み合わせて封止される素電池を、金属製外装缶にて外装した構造になっている。しかし、近年では放電容量の高容量化のために素電池寸法を大きくして、シュリンクラベルまたはシュリンクチューブなどの熱収縮性外装材にて素電池を被覆絶縁する構成をとることが多く、金属製外装缶を使うより簡素な外装構造になっている。
【０００３】
ところが、上記のような熱収縮性外装材は金属製外装缶よりも強度が弱く、電池を使用する機器の電池収納ケースや端子形状によっては、無理な力がかかることにより、シュリンクラベルまたはシュリンクチューブなどの熱収縮性外装材が損傷して電池が外部ショートを起こす場合がある。
【０００４】
このような電池の外部ショートを防ぐ為の被覆絶縁材料として、紫外線硬化樹脂を使用する場合あるが（特許文献１参照）、一般に紫外線硬化樹脂の製造に用いる紫外線照射装置は高価であり、大がかりな設備になってしまう。
【０００５】
また、絶縁リングを装着する方法については、種々の方法が知られている（特許文献２、および特許文献３参照）。これらの方法は、電池の外部ショートを防止する方法として有効である。しかし、稀であるが、電池の誤使用或いは電池の内部欠陥などの理由により、電池の内圧が上昇し、絶縁ガスケットに設置された安全弁が作動して、負極端子を兼ねる金属封口板に設置されたガス抜き孔から、電池外部に急激にガスが放出される場合などに、放出されるガスによって、絶縁リングに負荷がかかり（図１０のＰ１，Ｐ２）、結果として、絶縁リングが外れたり、或いは、絶縁リング最外周部の位置で熱収縮性外装材が損傷したりするなどの不具合が発生することがあり、改良が必要であった。
【０００６】
例えば、図１０、図１１に示すＪＩＳ規格ＬＲ（単３形）アルカリ電池を組み立てた場合、これらの構成においてはいずれも負極端子を兼ねる金属封口板８８の端子部の周りにできた隙間（環状凹部）を埋めるように絶縁リング８９が装着されている。図１においては金属封口板８８の端子部外周立ち上がり側面から鍔部へつながるＲ部に、図２においては金属封口板８８の端子外周立ち上がり側面に、それぞれ、ガス抜き孔を設置してあるが、これらガス抜き孔から電池外部へのガス抜き経路を絶縁リング８９が閉塞（負荷Ｐ１、Ｐ２）しているために、上述した問題所謂絶縁リング８９が外れたり、或いは、絶縁リング８９最外周部の位置で熱収縮性外装材９０が損傷したりするなどの不具合が発生することがあった。
【０００７】
さらに、金属封口板に嵌装する絶縁リングは、位置決めの正確さや、短絡防止の点から、金属封口板に密着して嵌装配置されることが望ましい。しかしながら、絶縁リングと、その中心開口部に嵌装される金属封口板との隙間に余裕がないと、自動組み立て装置を用いて絶縁リングを金属封口板に嵌装する際に、嵌装エラーを起こしやすく、組み立てられた電池において、絶縁リングが脱落している欠陥が発生したり、あるいは所定の位置に絶縁リングが配置されず、形状不良を引き起こしたりする問題があった。
【０００８】
【特許文献１】特公平５−６３９０１号公報
【特許文献２】実用新案登録第１９６２８１３号公報
【特許文献３】特許第１８７０９９６号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の円筒型のアルカリ電池おいては、最終的に信頼性に欠けるという問題があった。
本発明は上述の問題に対処してなされたもので、従来の問題を克服できる新規な構成の円筒型アルカリ電池を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の新規な円筒型のアルカリ電池は、有底円筒状の正極缶の内部に正極作用物質、セパレータ及び負極作用物質が収容され、前記正極缶の開口部から負極集電棒が挿入され、前記前記正極缶の開口部から挿入された前記負極集電棒を電気絶縁性ガスケットと金属封口板を組み合わせて封止される素電池の、外周面を熱収縮性外装材で被包されてなる筒型アルカリ電池において、前記金属封口板と前記電気絶縁性ガスケットとの間にできる隙間に絶縁リングが設置され、この絶縁リングの鍔部が前記正極缶のカール部と前記熱収縮性外装材に挟まれ、前記金属封口板の一部にガス抜き孔が設けられていることを特徴とする。
また、本発明において、前記金属開口に設けられるガス抜き孔は、少なくとも１個以上であって、前記絶縁リングに封止されない位置であることを特徴とする。
【００１１】
上述した本発明のように円筒型アルカリ電池を構成すれば、熱収縮性外装材の損傷による電池の外部ショートを防ぐことができ、また、電池の誤使用或いは電池の内部欠陥などの理由で、電池の内圧が上昇して、電池外部へ急激にガスが放出されるような場合でも、絶縁リングが外れたり、または熱収縮性外装材が損傷したりすることもなく、信頼性の高い電池を得ることができる。
【００１２】
さらに、前記本発明において、前記絶縁リングは、前記絶縁リングが、円筒状部と、その一端から該円筒状部の軸に垂直な方向に広がる鍔部を有する部材の内面に突起部を形成したものであることが好ましい。これによって、電池組み立てにおいて、前記絶縁リングを組み込む際に、絶縁リングが所定の位置に正常に配置されず、脱落してしまったり、位置ずれを起こしてしまったりする不具合の発生を防止し、簡便に電池の短絡防止を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下の本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１ａ、ｂは本発明の一実施形態の円筒型アルカリ電池の断面図であって、具体的にはＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ電池の構成を示すものである。この図１ａ、ｂにおいて、１１は正極端子を兼ねる有底円筒型の金属からなる正極缶であり、この正極缶１１内には正極作用物質１２が充填されている。この正極作用物質１２は、例えば、正極活物質の二酸化マンガンやオキシ水酸化ニッケルなどと導電助剤としての黒鉛とを主体とする混合物で構成され、加圧成形されたものである。そして、この正極作用物質１２の中空部には、ビニロン及びポリビニルアルコール繊維などの不織布からなる有底円筒状のセパレータ１３を介して負極作用物質１４が充填されている。この負極作用物質１４内には真鍮製の負極集電棒１５が、その上端部を負極作用物質１４より突出するように挿着されている。そして、負極集電棒１５の突出部外周面及び金属缶１１の上部内周面には二重環状のポリアミド樹脂からなる絶縁ガスケット１６が配設されている。この絶縁ガスケット１６には、安全弁となる環状薄膜部１６ａが設置されている。また、絶縁ガスケット１６には二重環状部の間にはリング状金属板１７が配設され、かつ、リング状金属板１７には、負極端子を兼ねる帽子形の金属封口板１８が負極集電棒１５の頭部に当接するように配設されている。そして、リング状金属板１７には少なくとも１箇所以上のガス抜き孔１７ａが設置されている。さらに、金属缶１１の開口縁を内方に屈曲させることにより、絶縁ガスケット１６及び金属封口板１８で金属缶１１内を密封にしている。また、金属封口板１８の端子部の周りにできる隙間（環状凹部）には絶縁リング１９が設置されており、０．１ｍｍ程度のシュリンクラベルまたはシュリンクチューブなどからなる熱収縮性外装材２０によって素電池は外装されている。そして、絶縁リング１９の鍔部１９ａは金属缶１１の屈曲された開口縁カール部１１ａと熱収縮性外装材２０との間に介在している。そして、金属封口板１８の端子Ｒ部には少なくとも１箇所以上のガス抜き孔１８ａ設置されている（図１では１箇所）。このようにすれば、絶縁リング１９が設置されていてもガス抜き孔１８ａが塞がれることはない。
なお、図１において、図１ｂは図１ａの一部拡大断面である。
【００１５】
このような構成によれば、熱収縮性外装材２０の損傷などによる電池の外部ショートを防ぐことができるだけでなく、万が一、電池の誤使用或いは電池の内部欠陥などの理由により、電池の内圧が上昇し、絶縁ガスケット１６に設置された環状薄膜部（安全弁）１６ａが作動した場合でも、リング状金属板１７に少なくとも１箇所以上設置してあるガス抜き孔１７ａを介して、金属封口板１８の端子Ｒ部にガス抜き孔１８ａから、電池外部へ、絶縁リング１９に阻止されることなく、速やかにガスが放出される。このため、絶縁リング１９に負荷がかかることはなくなる。したがって、絶縁リング１９の最外周部の位置で熱収縮性外装材２０が損傷するなどの、不具合が発生することはなくなる。
また、図２ａ、ｂに示すように、金属封口板１８の端子Ｒ部に少なくとも１箇所以上設置してあるガス抜き孔１８ｂのように、ガス抜き孔を長孔としても、絶縁リング１９に阻止されない、電池外部へのガス抜き経路が確保できるので、図１の電池と同様な効果を得ることができる。
【００１６】
次に、本発明の他の実施形態の円筒型アルカリ電池につき、図を用いて説明する。
図３ａ、ｂは、図１および図２と類似したＪＩＳ規格ＬＲ６形（単３形）アルカリ電池である。なお、この図３において、図１、図２と同じ部分は同じ符号で示す。この図３におけるアルカリ電池は、金属封口板１８の端子外周立ち上がり側面と絶縁リング１９の内側面との間には隙間２１を設けている。この隙間以外の部分は一実施形態と同様な構成である。
このような構成においても、一実施形態と同じように、絶縁リング１９に阻止されない電池外部へのガス抜き経路を確保され、絶縁リング１９に従来のような負荷（Ｐ１、Ｐ２）もかからなくなる。
電池使用機器の電池端子形状になどによっては、例えば、コイル状スプリング端子の先端などが隙間２１に潜り込むなども考えられるが、絶縁リング１９が設置してあるので、コイル状スプリング端子が金属からなる正極缶１１の屈曲された開口縁カール部１１ａに到達して、電池が外部ショートを起こすことがなくなる。
【００１７】
また、例えば、図４ａ，ｂ及び図５ａ，ｂに示すように、金属封口板１８の端子外周立ち上がり側面に少なくとも１箇所以上設置してあるガス抜き孔１８ｄ、１８ｅのようにガス抜き孔を長孔としても絶縁リング１９に阻害されない電池外部へのガス抜き経路が確保できているので、本発明に支障をきたすことではない。なお、図示していないが、孔を複数個も設けた場合、短孔、長孔を繰り返して設けても構わない。
【００１８】
上述の図４及び図５における隙間２１の大きさは、特に規定されるものではなく、電池外部へのガス抜き経路を確保できるだけの隙間があれば良い。しかしながら、本発明者の種々の検討結果においては、隙間の大きさは、０．３ｍｍ以上１ｍｍ程度が好ましい。また、電池の取扱上その隙間に支障をきたす場合は、その部分をスポンジのような物質を埋め込む、或いは隙間の上端部に格子状の蓋をしても構わない。
【００１９】
なお、上述した円筒型アルカリ電池における絶縁リングを装着する為には、一般的に装着固定に、絶縁リング内周面を、負極端子を兼ねた金属封口板１８の端子外周立ち上がり部に嵌め込む方法が通例であるが、本実施の形態においては電池外部へのガス抜き経路が確保できないので、好ましくない。
【００２０】
また、上述の図３から図５の実施形態では、負極端子を兼ねる金属封口板１８の端子部立ち上がり側面が、図示したとおりストレート形状（垂直立ち上がり）である構成としたが、図６ａ、ｂのように負極端子を兼ねる金属封口板１８の端子部立ち上がり側面をテーパー形状にすることにより、電池外部へのガス抜き経路としての隙間２１を設けることも可能である。
【００２１】
さらに上述した実施形態では、リング状金属板１７を電池構成部品の一つとしたが、このリング状金属板１７の有無は本発明の目的には直接関わりなく、例えば、図７ａ、ｂのように構成部品から外しても良い。この図においても、図１から図６と同じ部分は同一符号で示してある。
【００２２】
さらにまた、上述した実施形態におけるリング状金属板１７に設置したガス抜き孔１７ａは、一つの孔としたが、複数であっても良いことは勿論であり、例えば孔の部分を格子状にしても良い。また、この孔であるが、細かい孔を有する即ちスポンジのようなもので構成しても構わない。
【００２３】
次に、本発明の更に他の実施形態について、図面を用いて説明する。
本実施の形態の電池は、絶縁リングとして、その内面に突起部を形成して、電池組み立て時の取り付け不良発生を防止し、電池組み立て工程の生産性低下を減少させるものである
図８が、突起部を形成した絶縁リングを組み込んだ電池の断面図であり、図９がその際用いた絶縁リングの断面図である。図８、および図９において、図１と共通の作用を有する部材については共通の符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
上記本実施の形態の絶縁リング１９は、図９に示すように、絶縁リング１９の円筒状部１９ａ、およびこの円筒状部の１端部から円筒状部の軸に垂直方向に広がる鍔部１９ｂを有し、該円筒状部１９ａの内面の所要箇所に、複数の突起部１９ｃを備えたものである。本発明の、絶縁リング１９を、このような形状としたことにより、絶縁リング配置の位置決めが容易で、かつ、電池組み立て工程における絶縁リングの脱落もなく、不良品発生を著しく低下させることのできる電池を実現することができる。
【００２４】
かかる絶縁リング９の材料としては、機械的強度および電気絶縁性が高い材料が好ましく、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂などの樹脂材料が好ましい。
【００２５】
かかる絶縁リング１９において、突起部１９ｃの数は、複数が好ましく、特に３個であることが好ましい。この突起部１９ｃの数が、２個以下であると、位置決めの機能を十分果たせず、一方、突起部の数が４個以上であると、突起部１９ｃの加工精度によっては、がたつきの原因となり、かえって好ましくない。また、この突起部１９ｃの位置は、円形状の絶縁リング１９の内周面に、回転対称の位置に配置することが好ましい。かかる突起部１９ｃとしては、絶縁リングと一体に成形してもよいし、絶縁リング１９を作成後、突起部１９ｃに相当する部材を接着して形成してもよい。突起部１９ｃの形状としては、絶縁リング１９の内面に回転対称軸に平行して延在する形状としてもよいし、また、この円筒状部１９ａから、その内部に向かって突出する円筒状の突起部であってもよい。その中に嵌合される負極端子となる金属封口板１８と接触してこれを位置決めできる形状であれば、特に形状にこだわる必要はない。
【００２６】
前記絶縁リング１９の内径は、金属封口板１８の直径より、多少大きめの内径を有し、かつ、突起部１９ｃが、金属封口板１８に密着するように、突起部１９ｃの内表面と接触する仮想の円の直径が、金属封口板１８の外径に一致することが好ましい。絶縁リング１９の内径は、具体的には、金属封口板１８の外径より０．１〜１ｍｍ程度小径とすることが好ましい。これらの差が、０．１ｍｍより小さいと、正確に絶縁リング１９を金属封口板１８に嵌合しようとするとかなりの精度の作業を必要とし、作業性の改善を望むことはできない。一方、これらの差が、１ｍｍより大きいと、前記金属封口板１８と絶縁リング１９が接する間隙に導電性を有する異物が電池内に侵入しやすくなり、不良発生の原因となり好ましくない。
【００２７】
このような、突起部１９ｃを有する絶縁リング１９をアルカリ電池に用いることにより、電池組み立て工程において、絶縁リング１９の搭載に失敗する不良が減少し、かつ、絶縁リング１９のセンターずれを防止することができ、極めて実用的な電池を実現することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した本発明では、上述した本発明のようにアルカリ電池を構成すれば、熱収縮性外装材の損傷による電池の外部ショートを防ぐことができ、また、電池の誤使用或いは電池の内部欠陥などの理由で、電池の内圧が上昇して、電池外部へ急激にガスが放出されるような場合でも、絶縁リングが外れたり、または熱収縮性外装材が損傷したりすることもなく、信頼性の高い電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わる円筒型アルカリ電池を説明するための断面図。
【図２】本発明の実施形態に係わる円筒型アルカリ電池を説明するための断面図。
【図３】本発明の実施形態に係わる円筒型アルカリ電池を説明するための断面図。
【図４】本発明の実施形態に係わる円筒型アルカリ電池を説明するための断面図。
【図５】本発明の実施形態に係わる円筒型アルカリ電池を説明するための断面図。
【図６】本発明の実施形態に係わる円筒型アルカリ電池を説明するための断面図。
【図７】本発明の実施形態に係わる円筒型アルカリ電池を説明するための断面図。
【図８】本発明の他の実施形態に係わる円筒型アルカリ電池を説明するための断面図。
【図９】本発明の他の実施形態において用いる絶縁リングの断面図。
【図１０】従来の円筒型アルカリ電池を説明するための断面図。
【図１１】従来の円筒型アルカリ電池を説明するための断面図。
【符号の説明】
１１・・・・正極缶
１２・・・・正極成形体
１３・・・・セパレータ
１４・・・・ゲル状負極
１５・・・・負極集電棒
１６・・・・絶縁ガスケット
１７・・・・リング状金属板
１８・・・・金属封口板
１９・・・・絶縁リング
２０・・・・熱収縮性外装材
【図１】
2005019118.tif 000003
【図２】
2005019118.tif 000004
【図３】
2005019118.tif 000005
【図４】
2005019118.tif 000006
【図５】
2005019118.tif 000007
【図６】
2005019118.tif 000008
【図７】
2005019118.tif 000009
【図８】
2005019118.tif 000010
【図９】
2005019118.tif 000011
【図１０】
2005019118.tif 000012
【図１１】
2005019118.tif 000013